Étude CFD interne d'un data hall : analyse des flux d'air, de la distribution des températures et détection des points chauds pour optimiser le refroidissement des serveurs.
EOLIOS Ingénierie a fourni un aperçu des conditions thermo-aérauliques des différents phénomènes qui ont lieu dans la salle data center, en relation avec les process informatiques et les systèmes de maîtrise climatique.
L'essentiel. Étude CFD interne d'une salle de data center en Espagne. L'enjeu : maîtriser les phénomènes thermo-aérauliques induits par les allées chaudes et froides et évaluer l'efficacité du brassage d'air qui refroidit les serveurs. EOLIOS construit un jumeau numérique très détaillé (volumes d'air, lignes de serveurs, éclairages, conductivité des matériaux, ensemble des systèmes CVC et grilles de diffusion), simule différents cas d'arrêt de recycleurs et mène une étude transitoire lors d'une coupure électrique pour sécuriser le matériel.
L'enjeu d'un tel projet est la maîtrise des phénomènes thermo-aérauliques particuliers induits par la présence d'allées chaudes et d'allées froides, ainsi que l'évaluation de l'efficacité du brassage d'air destiné à refroidir les serveurs. Les études CFD ont permis de visualiser ces phénomènes pour différents cas d'arrêt de recycleurs, conduisant à l'optimisation des systèmes de traitement CVC.
Le jumeau numérique du data center reprend les volumes d'air, l'ensemble des lignes de serveurs, les éclairages et la conductivité des matériaux. La totalité des systèmes CVC est modélisée, et les grilles de diffusion le sont avec précision afin de restituer fidèlement l'écoulement de l'air dans les différentes allées. Un modèle aussi détaillé autorise des calculs d'une grande précision et l'identification rapide des problèmes thermiques potentiels.
Unité de traitement d'air d'un data center qui aspire l'air chaud rejeté par les serveurs, le refroidit puis le renvoie vers les allées froides. L'étude de ses différents cas d'arrêt conditionne la résilience du refroidissement.
L'intégralité des serveurs a pu être modélisée en CFD. Les recycleurs, les éclairages, les ventilateurs d'extraction de calories, les systèmes d'équipement et les armoires de puissance électrique sont intégrés précisément à l'étude.
La finesse de résolution de la CFD restitue une distribution de températures complexe mais très proche des conditions réelles d'usage. Les vitesses et répartitions de température en sortie de recycleurs, ainsi que les échanges thermiques dans les allées chaudes et froides, sont captés avec une grande précision. Les premiers calculs ont vérifié l'absence de problématique d'écoulement et permis d'évaluer la consommation énergétique des recycleurs et de dimensionner leurs apports.
Une fois le jumeau numérique calibré, la CFD sert de banc d'essai pour dimensionner les apports des recycleurs : elle relie le débit soufflé et la température de reprise de chaque unité à la charge thermique réellement vue par les allées. On vérifie ainsi que la puissance froide installée couvre la dissipation des serveurs sans surventiler, et que la redondance tient ses promesses lorsqu'une ou plusieurs unités s'arrêtent.
Bilan de charge par allée : puissance dissipée des lignes de serveurs confrontée au débit et à la température de reprise des recycleurs.
Cas d'arrêt de recycleurs : report de charge sur les unités restantes et vérification des températures d'aspiration.
Homogénéité du brassage : repérage des allées sous-alimentées et des zones de recirculation résiduelle.
Marge de sécurité : validation de la tenue en régime dégradé avant le passage aux scénarios extrêmes.
Principe consistant à prévoir des recycleurs en secours (N+1 ou davantage) pour que l'arrêt d'une unité, en panne ou en maintenance, ne compromette pas le refroidissement. La CFD vérifie que les unités restantes maintiennent les températures d'aspiration sous les seuils.
À retenir. Dimensionner les recycleurs au plus juste et éprouver la redondance par le calcul évite à la fois la surventilation coûteuse et le sous-refroidissement en régime dégradé.
La modélisation numérique aide les concepteurs à prévoir les performances et le comportement des systèmes, à tester différentes configurations et à décider en connaissance de cause. C'est un outil puissant pour détecter les points chauds lors d'un scénario extrême (canicule, défaut des systèmes de climatisation), en tenant compte de l'emplacement des entrées et sorties d'air, de la température et de la vitesse de l'air ambiant et de la configuration des équipements.
Enfin, une étude transitoire a évalué les températures près des serveurs lors d'une coupure électrique, pendant le laps de temps qui sépare l'arrêt de la remise en marche des systèmes de ventilation par le groupe électrogène, afin de vérifier que le matériel électronique n'est pas endommagé.
Simulation instationnaire qui suit l'évolution des températures seconde après seconde lors d'un événement, comme une coupure électrique. Elle quantifie le délai avant d'atteindre les seuils critiques et compare ce délai au temps de reprise des systèmes de secours.
À retenir. Le jumeau numérique détaillé rend visibles les recirculations et les points chauds invisibles à l'œil, et l'étude transitoire prouve la tenue de la salle avant l'incident réel.
Jumeau numérique, recycleurs et étude transitoire : les réponses aux questions que se posent exploitants et concepteurs avant une étude CFD interne.
Maîtriser les phénomènes thermo-aérauliques induits par les allées chaudes et froides et évaluer l'efficacité du brassage d'air qui refroidit les serveurs, en visualisant différents cas d'arrêt de recycleurs pour optimiser les systèmes CVC, comme sur notre étude interne du data center DC28.
Il reprend les volumes d'air, les lignes de serveurs, les éclairages, la conductivité des matériaux et l'ensemble des systèmes CVC, avec des grilles de diffusion modélisées précisément. Ce niveau de détail autorise des calculs d'une grande précision et l'identification rapide des problèmes thermiques.
Par la simulation de scénarios extrêmes (canicule, défaut des systèmes de climatisation), en tenant compte de l'emplacement des entrées et sorties d'air, de la température et de la vitesse de l'air ambiant et de la configuration des équipements, afin d'identifier les points chauds, leurs sources et leurs conséquences.
Elle évalue les températures près des serveurs lors d'une coupure électrique, pendant le laps de temps qui sépare l'arrêt de la remise en marche des systèmes de ventilation par le groupe électrogène, pour vérifier que le matériel n'est pas endommagé.
Parce que leurs vitesses et températures de sortie gouvernent les échanges dans les allées. Les capter finement permet d'évaluer leur consommation énergétique et de dimensionner correctement leurs apports.
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